專利名稱：一種音頻設(shè)備及其信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在處理音頻信號(hào)時(shí)利用基頻缺失(missing fundamental)現(xiàn)象的
音頻設(shè)備。
背景技術(shù)：
音頻設(shè)備將具有諸如音樂和語(yǔ)音的內(nèi)容的電音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為可聽聲音。這些設(shè)備包括實(shí)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)換的電聲換能器，諸如揚(yáng)聲器。電聲換能器在特定的頻率范圍中操作并且不能將該頻率范圍之外的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音。當(dāng)需要產(chǎn)生特別具有低頻的低音聲音時(shí)， 這種情況不利地影響聲音質(zhì)量。這是因?yàn)閾Q能器具有特定的低截止頻率并且不能將低于該頻率的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音。用于克服該問題的解決方案之一是利用引起心理聲學(xué)效果的基頻缺失現(xiàn)象。所述基頻是由儀器產(chǎn)生的最低頻率。除了基頻之外，還產(chǎn)生了該基頻的諧波。根據(jù)基頻缺失現(xiàn)象，即使在產(chǎn)生的聲音中不存在音頻信號(hào)的基頻，聽眾也聽到基頻的諧波并且因此看上去像(supposedly)聽到相同的基頻。在音頻信號(hào)中存在一個(gè)以上的基頻， 在該音頻信號(hào)的內(nèi)容中存在一個(gè)以上同時(shí)演奏的儀器?；l缺失現(xiàn)象對(duì)音頻信號(hào)也有效， 在該音頻信號(hào)的內(nèi)容中存在一個(gè)以上的基頻。換句話說，即使在產(chǎn)生的聲音中不存在有關(guān)的基頻，聽眾也聽到這些基頻的諧波并且感知相同的基頻。在產(chǎn)生基頻缺失效果時(shí)，抑制存在于音頻中的并且低于電聲換能器的截止頻率的一個(gè)或多個(gè)基頻，并且增加該一個(gè)或多個(gè)基頻的諧波的幅度，并且將處理的音頻信號(hào)施加到電聲換能器。因此，將不能產(chǎn)生低于截止頻率的一個(gè)或多個(gè)基頻的電聲換能器產(chǎn)生該一個(gè)或多個(gè)基頻的諧波，并且因此以心理聲學(xué)的方式給聽眾產(chǎn)生收聽相同的一個(gè)或多個(gè)基頻的效果。在利用所述現(xiàn)象的解決方案中所廣泛使用的方法是通過各種方法將數(shù)字音頻信號(hào)分離成包，并且分離地處理每個(gè)包。通過將這些包再次連結(jié)，以包處理的音頻信號(hào)隨后被帶到最終狀態(tài)。然而，在以電聲的方式將處理的包再次連結(jié)時(shí)，在順序的包之間可能發(fā)生一些失配。這種失配有時(shí)處于可聽水平并且擾亂聽眾。在現(xiàn)有技術(shù)水平的美國(guó)專利文件號(hào)US6370502中，描述了一種用于消除處理的音頻信號(hào)包之間的中斷的方法。在該發(fā)明中，描述了通過使用緩存器借助于小波變換技術(shù)來消除量化引起的塊中斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種提高其低音性能的音頻設(shè)備。根據(jù)為了達(dá)到本發(fā)明的目的而實(shí)現(xiàn)的音頻設(shè)備及信號(hào)處理方法，借助于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并且借助于處理器對(duì)其進(jìn)行處理，其中在第一權(quán)利要求及其相應(yīng)的權(quán)利要求中說明了該音頻設(shè)備及信號(hào)處理方法。作為這些過程的結(jié)果， 提供了一種具有基頻缺失效果并且消除了其包之間的失配的音頻信號(hào)。首先在處理器中將數(shù)字音頻信號(hào)分離成η個(gè)包。隨后，對(duì)這些包應(yīng)用快速傅里葉變換(FFT)。按順序確定每個(gè)包的一個(gè)或多個(gè)基頻。為了產(chǎn)生基頻缺失效果，在抑制一個(gè)或多個(gè)基頻之后，確定這些一個(gè)或多個(gè)基頻的諧波的新的幅度值。通過經(jīng)過使用對(duì)有關(guān)諧波的頻率特定的加權(quán)系數(shù)而將先前包中的有關(guān)諧波的幅度與正被處理的包中的該有關(guān)諧波的幅度關(guān)聯(lián)，確定諧波的新的幅度值。因此，消除了包之間的失配，其中根據(jù)在產(chǎn)生基頻缺失效果時(shí)一個(gè)或多個(gè)基頻的諧波幅度的增加而可能在包邊界處發(fā)生該失配。


在附圖中示出了為了達(dá)到本發(fā)明的目的而實(shí)現(xiàn)的音頻設(shè)備，其中圖1是本發(fā)明的音頻設(shè)備的示意圖。圖2是本發(fā)明的信號(hào)處理方法的數(shù)據(jù)流程圖。圖3是示出了原始音頻信號(hào)、其中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生基頻缺失效果的音頻信號(hào)、 以及其中根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生基頻缺失效果的音頻信號(hào)的幅度-時(shí)間曲線圖。
具體實(shí)施例方式在圖中所示出的元件標(biāo)號(hào)如下1.音頻設(shè)備2.模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器3.處理器。音頻設(shè)備(1)包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器( 和至少一個(gè)處理器( ，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器( 將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)(S)，該至少一個(gè)處理器C3)將數(shù)字音頻信號(hào)(S)分離成包，對(duì)這些包應(yīng)用快速傅里葉變換(FFT)，按順序檢測(cè)每個(gè)包的一個(gè)或多個(gè)基頻；以及在抑制這些一個(gè)或多個(gè)基頻以產(chǎn)生基頻缺失效果之后，通過利用對(duì)有關(guān)諧波的頻率特定的加權(quán)系數(shù)而將先前包中的有關(guān)諧波的幅度與正被處理的包中的該有關(guān)諧波的幅度關(guān)聯(lián)，確定這些一個(gè)或多個(gè)基頻的諧波的新的幅度值(圖1)。用于在音頻設(shè)備(1)中產(chǎn)生基頻缺失效果的音頻處理方法包括以下步驟-將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)(S)(101)，-將數(shù)字音頻信號(hào)(S)分離成包(102)，-對(duì)包應(yīng)用FFT (103)，-考慮到先前包，按順序處理這些包以便產(chǎn)生基頻缺失效果(104)；-終止信號(hào)處理(105)(圖 2)。在音頻設(shè)備(1)中，借助于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器( 將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)(S) (101)。在對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)(S)的處理中，這些過程此后借助于處理器(3)實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字音頻信號(hào)( 首先被分離成‘n’個(gè)包(102)。然后，對(duì)所有包應(yīng)用FFT，并且將這些包從時(shí)域變換到頻域(103)。在對(duì)這些包應(yīng)用FFT之后，按順序處理頻域中的包以產(chǎn)生基頻缺失效果(104)。在該步驟中，在每個(gè)包中檢測(cè)出不能轉(zhuǎn)換為可聽聲音的一個(gè)或多個(gè)基頻(例如，屬于低音聲音的低頻)，并且從信號(hào)內(nèi)容中移除這些一個(gè)或多個(gè)基頻。然而，為了產(chǎn)生在提供給用戶的聲音中好像存在該內(nèi)容的效果，借助于處理器( 增加移除的一個(gè)或多個(gè)基頻的諧波的幅度，并且產(chǎn)生基頻缺失效果。在該步驟中(104)，為了消除根據(jù)改變諧波的幅度而可能在包邊界發(fā)生的失配，不是像彼此獨(dú)立的那樣而是通過考慮到該包與先前包的關(guān)聯(lián)來處理這些包。為了這個(gè)目的，使用以下公式來確定屬于為產(chǎn)生基頻缺失效果而抑制的一個(gè)或多個(gè)基頻的諧波的幅度(104)F' n⑴=(Fn_1(i)*(l-K(i))) + (Fn(i)*K(i))公式中的“η”表示正被處理的包的序列號(hào)?！癷”表示諧波，其中將在正被處理的包中確定該諧波的幅度。“Fji) ”表示正被處理的包(η)的諧波⑴的FFT值，其中將確定該諧波⑴的幅度。"Flri (i)”表示在正被處理的包之前的包(n-1)中的諧波⑴的FFT值， 其中將在正被處理的包(η)中確定該諧波(i)的幅度?！癋/ (i)”表示正被處理的包(η) 的諧波⑴的新的FFT值，其中將確定該諧波⑴的幅度。FFT值對(duì)應(yīng)于頻域中的能量和對(duì)應(yīng)于時(shí)域中的幅度。“K(i)”表示具有0和1之間的值并且根據(jù)諧波(i)的頻率值確定的加權(quán)系數(shù)，其中將確定該諧波(i)的幅度。廠商針對(duì)各種頻率值或者范圍預(yù)先確定加權(quán)系數(shù)K(i)。該系數(shù)是確定在包的處理期間將以什么程度考慮到先前包的系數(shù)。在值K(i)接近0時(shí)，正被處理的包的第i個(gè)諧波的新值接近先前包中的有關(guān)諧波的值。類似地，在值K(i)接近1時(shí)，正被處理的包的第 i個(gè)諧波的新值接近正被處理的包中的有關(guān)諧波的值。在按順序處理每個(gè)包并且產(chǎn)生基頻缺失效果之后，信號(hào)處理操作終止(105)。通過連結(jié)處理的包而提供的處理的音頻信號(hào)(S”)已準(zhǔn)備好被傳送到將該信號(hào) (S”)轉(zhuǎn)換為可聽聲音的單元或者裝置。在產(chǎn)生基頻缺失效果(104)時(shí)，借助于通過一起評(píng)估來處理順序包，防止可能在包邊界處發(fā)生的失配。因此，在由正被再次連結(jié)的包形成的音頻信號(hào)(S”)中，防止在包連結(jié)區(qū)域處的突然幅度改變(S’)和在提供給用戶的聲音中的相對(duì)不期望的噪聲(圖幻。根據(jù)本發(fā)明的音頻設(shè)備(1)和信號(hào)處理方法；在處理器( 中被處理之后，在處理器( 輸入端的未經(jīng)處理的音頻信號(hào)( 變?yōu)榫哂谢l缺失效果并且其中消除了可能在包的連結(jié)期間發(fā)生的失配的信號(hào)(S’)。
權(quán)利要求
1.一種音頻設(shè)備(1)，包括將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)( 的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器O)，其特征在于至少一個(gè)處理器(3)，-該至少一個(gè)處理器C3)將該數(shù)字音頻信號(hào)( 分離成包； -該至少一個(gè)處理器( 對(duì)這些包應(yīng)用快速傅里葉變換(FFT)； -該至少一個(gè)處理器C3)按順序檢測(cè)每個(gè)包的一個(gè)或多個(gè)基頻；以及，在抑制這些一個(gè)或多個(gè)基頻以產(chǎn)生基頻缺失效果之后，該至少一個(gè)處理器C3)通過利用對(duì)該有關(guān)諧波的頻率特定的加權(quán)系數(shù)來將先前包中的有關(guān)諧波的幅度與正被處理的包中的該有關(guān)諧波的幅度關(guān)聯(lián)而確定這些一個(gè)或多個(gè)基頻的諧波的新的幅度值。
2.如權(quán)利要求1所述的音頻設(shè)備(1)，其特征在于處理器(3)根據(jù)以下公式F'n(i)= (FlriGha-K⑴))+ (Fji>K(i))通過使用以下參數(shù)來確定屬于正被處理的包(η)中的頻率之一或者基頻的諧波(i)的新的FFT值(Fn' (i))，并且將確定該諧波(i)的新的幅度-該諧波⑴的當(dāng)前FFT值(Fn(i))，其中將在該正被處理的包(η)中確定該諧波⑴ 的新的幅度；-在該正被處理的包之前的包(η-1)中的諧波⑴的FFT值(Flri (i))，其中將在該正被處理的包(η)中確定該諧波(i)的幅度；-加權(quán)系數(shù)(K (i))，該加權(quán)系數(shù)(K(i))由廠商針對(duì)各種頻率值或者頻率范圍預(yù)先確定并且在0和1之間變化。
3.一種用于如權(quán)利要求2所述的音頻設(shè)備(1)的信號(hào)處理方法，其特征在于以下步驟-將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)(S) (101)， -將該音頻信號(hào)(S)分離成包(102)， -對(duì)包應(yīng)用FFT (103)，-考慮到先前包，按順序處理這些包以便產(chǎn)生基頻缺失效果(104)； -終止信號(hào)處理(105)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種音頻設(shè)備(1)及其信號(hào)處理方法，其中消除了可能在音頻信號(hào)中的包邊界處發(fā)生的失配，其中通過利用基頻缺失現(xiàn)象而以包處理該音頻信號(hào)并且通過將這些包連結(jié)而再次形成該音頻信號(hào)。
文檔編號(hào)H04R3/04GK102272833SQ200980153564
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者A·H·塞拉費(fèi)蒂諾格盧, F·巴薩蘭, R·C·尤茲巴西奧格盧 申請(qǐng)人:阿塞里克股份有限公司